基于6R喷涂机器人的多轴运动控制系统设计木(2)

时间：2025-04-23

第３期

周伟等：基于６Ｒ喷涂机器人的多轴运动控制系统设计

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Ｐｃｏｍｍ３２动态链接库向ＰＭＡＣ发送在线指令，实时获取以ＰＭＡＣ为基础的伺服系统的状态和发送运动数据。下级ＰＭＡｃ运动控制卡负责接收由ＩＰｃ发出的各种运动控制命令，并根据位置给定信号和光电编码器的位置反馈信号，分时完成每个电机转角进行控制。采用的三层闭环回路来实现机器人的位置控制，如图３所示舟。电流闭环由伺服放大器来实现，是由伺服放大器来自己调解的，它可以避免有电流突变造成的电路破坏；速度闭环也由伺服放大器来实现，它采用的是比例积分控制，用户可以根据不的误差计算、控制算法计算及Ｄ／Ａ转换，并且将速度给定信号加至伺服组件的控制端子，完成对６个伺服电机的位置伺服控制。根据以上分析和ｗｉｌｌｉａｍＥ．Ｆｏｒｄ提出的开放式机器人控制系统的基本思想，设计了喷涂机器人运动控制系统结构，如图２所示。

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图２喷涂机器人控制系统的总体结构

喷涂机器人控制系统中，双端口ＲＡＭ作为ＩＰｃ和ＰＭＡＣ之间的高速缓冲区，将ＩＰＣ内存中的轨迹数据下载到ＰＭＡｃ，或将关节位置的传感器信息和伺服系统的总体状态信息反馈回ＩＰＣ。ＰＭＡＣ运动控制卡通过ＰｃＩ总线连接到ＩＰＣ工控机中，将ＩＰＣ机的信息处理能力和ＰＭＡｃ的运动控制能力有机的结合到一起，具有开放性程度高，实时性和通用性好，运动控制轨迹准确等优点。同时运动控制卡本身提供了在ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的动态链接库，使用非常方便，大大缩短了产品的研制和开发周期。

３．２喷涂机器人控制系统软件模块化结构设计

喷涂机器人的整个控制程序是在具有开放性的ｗｉｎｄｏ’Ｉｒ８ｘＰ

平台上用微软的ｖｉｓｕａｌｓｔＩｌｄｉｏ２００５ｃ＃编写开发的。其中包括主机和示教盒的操作界面，解释器程序，轨迹插补程序，运动学正逆解算法程序等。

喷涂机器人运动控制系统软件体系结构主要包括系统管理与通讯模块、初始化与数据处理模块、运动控制与轨迹插补模块、动态跟踪与检测模块四个部分。系统管理与通讯模块主要负责上位机和ＰＭＡｃ之间的通讯，同时实现对整个系统的调度和管理，以及示教编程；初始化与数据处理模块主要负责对机器人的系统参数和工作参数的配置工作；运动控制与轨迹插补模块根据示教时得到的若干示教点实现直线和圆弧的轨迹规划和运动学正逆解算法，并将相关参数传给运动控制卡，执行运动控制程序；动态跟踪与检测模块负责对伺服放大器和相关外设的输入信号进行处理，识别其中的异常，并将异常反馈到系统管理模块，从而实现故障报警功能。对运动控制系统软件进行模块化设计，不仅使喷涂机器人软件系统具有很好的可扩展性和可移植性，而且有利于系统开发过程中程序员之间的分工与合作。

４喷涂机器人关节伺服控制系统

由于喷涂机器人的运动过程是变负载的，因此为了保护电机和电路以及保持运动过程的相对平稳，需要在运动过程中对电流

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方数据同系统的控制要求调整比例常数Ｋｖｐ和积分常数１Ⅵ来获得满意的速度闭环特性；位置闭环由ＰＭＡｃ运动控制卡来完成，ＰＭＡｃ对于位置闭环采取了ＰＩＤ控制的方式，位置闭环的参数可以通过Ｉ变量来调节，根据系统的不同伺服要求可在一定范围内由用户设定。实际使用中验证这种三环控制系统运行平稳，定位｛眦黜《伺臌炼

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图３喷涂机器人关节位置伺服控制系统的实现方案

５

ＩＰＣ同ＰＭＡＣ之间的通信

ＩＰＣ上的ｗｉｎｄｏｗ￥与ＰＭＡｃ之间通过Ｄｅｌ诅Ｔａｕ公司提供的